技術(shù)天地
多功能微機保護(hù)實驗系統(tǒng)的新型繼電保護(hù)測試裝置研究
發(fā)布日期：2021-04-19 點擊：3286次
摘要： 隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴大，系統(tǒng)的運行方式也越來越復(fù)雜，對自動化程度提出了越來越高的要求，從而促進(jìn)了電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展。微機保護(hù)、故障錄波器、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、計算機調(diào)度自動化等都已成功運用到電力系統(tǒng)中。與自動化程度相適應(yīng)，對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的要求也隨之提高。微機保護(hù)的迅速發(fā)展尤其是高度智能化、數(shù)字化的微機保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的測試手段很難擔(dān)當(dāng)?shù)闷饘ξC保護(hù)裝置進(jìn)行全面測試的重任，對繼電保護(hù)測試技術(shù)提出了更高的要求，并正在逐漸形成有別于一般電氣測量的專門技術(shù)領(lǐng)域一繼電保護(hù)測試技術(shù)。國內(nèi)外的科研單位、電力系統(tǒng)及其相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家紛紛投入大批的科研力量，相繼研制出多種新型的繼電保護(hù)測試裝置，使得繼電保護(hù)測試技術(shù)經(jīng)歷了一個由模擬測試系統(tǒng)向數(shù)字式測試系統(tǒng)發(fā)展的飛躍。采用計算機實現(xiàn)故障再現(xiàn)、實時仿真、自動測試等先進(jìn)技術(shù)的數(shù)字式繼電保護(hù)測試裝置已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的生產(chǎn)、調(diào)試、運行以及科研行部門不可缺少的專用設(shè)備。
近年來，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展使得我們可以組建更高速、更小型化的基于DSP的系統(tǒng)硬件平臺，進(jìn)而研制靈活、簡單、易用、高精度、適用于該硬件平臺的繼電保護(hù)測試裝置。繼電保護(hù)測試裝置的發(fā)展趨勢要求具備數(shù)字化、高效的數(shù)據(jù)處理能力、完善的測試和自檢功能、裝置模塊化、小型化、人機界面友好等特點，特別是由微機型繼電保護(hù)測試裝置與被測裝置所構(gòu)成的繼電保護(hù)閉環(huán)自動測試系統(tǒng)CCARTS(Closed Loop and Automatic Relay Test System)將是今后一段時期內(nèi)繼電保護(hù)測試技術(shù)發(fā)展的主流。另外，隨著高電壓電力網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，電流測量系統(tǒng)和繼電保護(hù)、故障診斷系統(tǒng)的要求也在不斷提高，傳統(tǒng)電磁式互感器暴露出越來越多的缺點。新型電子式電流/電壓互感器成為了高壓互感器研究發(fā)展的新方向。它通過在高壓端的Rogowski線圈或阻容分壓器采樣出與大電流和高電壓相對應(yīng)的測量電壓信號，其中測量通道輸出的模擬小信號應(yīng)滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)對0.2級準(zhǔn)確度的要求。測試裝置提供高精度、高穩(wěn)定性模擬量小信號可以有效滿足新型電子式互感器合并單元研制的需要。同時，新型繼電保護(hù)裝置能夠模擬合并單元的功能，輸出滿足IEC61850-9-1協(xié)議的全數(shù)字測試信號，從而對網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字繼電保護(hù)裝置各項功能進(jìn)行測試。
針對國內(nèi)多數(shù)高校繼電保護(hù)實驗室配置相對落后的現(xiàn)狀，為適應(yīng)微機型繼電保護(hù)教學(xué)實驗的特點，湖南大學(xué)研制成功了國內(nèi)首創(chuàng)“多功能微機保護(hù)與變電站綜合自動化實驗培訓(xùn)裝置”，該裝置采用通用性硬件平臺，通過從上位機下載保護(hù)程序軟件，可完成電流、電壓、功率方向等多種繼電保護(hù)實驗以及自動重合閘、低頻減載、振蕩閉鎖、故障錄波和故障測距等多種功能。軟件采用模塊化設(shè)計，不但可以完成單個繼電器的特性試驗，還可系統(tǒng)集成為微機線路保護(hù)綜合實驗和主設(shè)備的微機保護(hù)綜合實驗，內(nèi)容幾乎涵蓋了所有110kV及以下電壓等級的微機保護(hù)，系統(tǒng)還具有變電站綜合自動化實驗和培訓(xùn)功能。新型繼電保護(hù)測試裝置是在研制成功的“TQWX微機型繼電保護(hù)測試儀”基礎(chǔ)上，針對該測試儀輸出小信號精度不高、缺少人機交互以及自檢保護(hù)功能所存在的不足之處加以改進(jìn)，同時還新增了全自動閉環(huán)測試和全數(shù)字保護(hù)測試兩個功能，并結(jié)合國內(nèi)外微機型繼電保護(hù)測試裝置在整機性能、帶載能力、精度、電磁兼容、工作穩(wěn)定性及可靠性等方面所提出的新要求研制而成。與國內(nèi)外現(xiàn)有的主流微機型保護(hù)測試裝置相比較，本裝置利用DSP＋CPLD構(gòu)成的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，使測試裝置在小信號輸出精度和輸出波形方面有了極大的提高和改善，新增的監(jiān)控DSP系統(tǒng)賦予了整機人機交互和保護(hù)自檢功能，尤其與“多功能微機保護(hù)實驗裝置”相結(jié)合，構(gòu)成一套完整的培訓(xùn)系統(tǒng)，可以根據(jù)實驗需要靈活配置，通過上位機下載不同實驗程序來靈活輸出各種模擬量電流、電壓信號以及由以太網(wǎng)接口輸出符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的12路數(shù)字量電流、電壓信號，完成大部分微機保護(hù)實驗和變電站綜合自動化實驗，同時還能單獨作為獨立產(chǎn)品滿足電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置生產(chǎn)驗收以及現(xiàn)場年檢測試的需要。
我國60年代，現(xiàn)場常采用臨時接線的方法，手動短地或者斷開被測試保護(hù)裝置的觸點或回路來模擬電力系統(tǒng)的故障，以檢查整套保護(hù)裝置的邏輯功能和動作行為。為了改善現(xiàn)場試驗的工作條件，縮短檢修時間，適應(yīng)新型保護(hù)的要求和提高測試質(zhì)量，自70年代末，我國開始大規(guī)模地研制、生產(chǎn)和使用繼電保護(hù)試驗裝置。80年代初，研究部門研制出物理模擬式測試裝置，主要采用移相器、自藕變壓器等模擬設(shè)備來調(diào)整三相電壓和三相電流的幅值和相位，調(diào)試過程需要較精密的電壓表、電流表、相位表、頻率計等配合才能完成測試，這種方法功能少、體積大、精度低，而且容易接錯線，勞動強度大、調(diào)試時間長，現(xiàn)場使用極不方便，現(xiàn)基本被淘汰。80年代后期，我國出現(xiàn)了內(nèi)置CPU、無后臺計算機控制的第一代智能型繼電保護(hù)測試裝置。這一代繼電保護(hù)測試裝置是以單片機作為智能控制器為特征的，由于單片機的計算速度較慢，該裝置人機界面不夠友好；數(shù)學(xué)模型簡化，故障數(shù)據(jù)產(chǎn)生方式簡單；輸出精度不高；輸出信號頻率帶不寬，現(xiàn)很少在實際工程中使用了。
